一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置及其检测方法。

背景技术

随着变频器、电驱系统及充电系统在工业上的应用，功率器件已成为电力电子变换装置的核心器件，针对变换装置的散热问题，科研人员采用了风冷，水冷等多种散热方式来解决由于功率器件热损耗而导致的散热问题，经常发生由于散热不好而导致功率器件损坏的故障，进而影响工业装置的可靠性运行。

发明内容

本发明的提供一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置及其检测方法。

本发明的方案是：

一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置，包括依次传递数据的IGBT/SiC器件控制电路模块、驱动模块与IGBT/SiC器件，还包括相互传递数据的无线模块与云处理模块，所述IGBT/SiC器件控制电路模块与所述无线模块相互传递数据，所述驱动模块为驱动电路，所述云处理模块为云平台服务处理器；还包括IGBT/SiC器件分别向IGBT/SiC器件控制电路模块传递数据的回路电流模块、回路电压模块、温度模块与调频模块，所述回路电流模块包括测量所述IGBT/SiC器件回路电流数据的测电流器，所述回路电压模块包括测量所述IGBT/SiC器件回路电压数据的测电压器，所述温度模块包括测量所述GBT/SiC器件温度数据的温度传感器，所述调频模块包括调频器。

测电流器为电流数据采集电路，是通过硬件电路或者单个数据采集芯片来实现。

测电压器为电压数据采集电路，是通过硬件电路或者单个数据采集芯片来实现。

调频器是IGBT/SiC器件开关频率控制电路，是通过硬件驱动控制电路来实现，所述调频器为TLP250集成驱动芯片。

作为优选的技术方案，还包括电源系统，所述电源系统向IGBT/SiC器件控制电路模块、驱动模块、IGBT/SiC器件、无线模块与云处理模块提供电力。

作为优选的技术方案，所述无线模块采用采用Wifi或GRPS方式。

作为优选的技术方案，所述云平台处理器利用无线模块传输来的数据通过大数据分析建立基于云平台的IGBT/SiC器件全周期损耗模型立，所述GBT/SiC器件控制电路模块为GBT/SiC器件控制电路处理器，所述IGBT/SiC器件控制电路模块项所述驱动模块传输信号，所述驱动模块驱动所述IGBT/SiC器件。

本发明还提供了一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置的检测方法，

1)IGBT/SiC器件分别通过回路电流模块、回路电压模块向IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的开通电压的开通功耗、关断电源的关断功耗、集电极与发射极间电压、集电极电流的数据；所述IGBT/SiC器件通过调频模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的IGBT/SiC的工作频率、IGBT/SiC的占空比的数据，所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过获得的数据得到开关损耗与通态损耗；

2)所述GBT/SiC器件通过温度模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的温度数据；

3)所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过无线模块向所述云处理模块传输实时状态的开关损耗与通态损耗数据，所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过无线模块向所述云处理模块传输实时状态的温度数据，所述云处理模块的通过大数据分析与获得的开关损耗、通态损耗数据、温度数据建立IGBT/SiC器件全周期损耗模型，自动检测IGBT/SiC器件耗损与温升，并在检测到所述IGBT/SiC器件异常时通过无线模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块发送关断信号，所述IGBT/SiC器件控制电路模块关闭驱动电路用来关断IGBT/SiC器件。

作为优选的技术方案，所述IGBT/SiC器件全周期损耗模型包括损耗预警模型与温升预警模型，所述所述IGBT/SiC器件异常包括所述IGBT/SiC器件损耗状态异常与所述IGBT/SiC器件温升异常。

作为优选的技术方案，所述IGBT/SiC器件全周期损耗模型的损耗预警模型通过BP神经网络进行训练，实时预测IGBT/SiC器件的损耗状态，当损耗状态超出正常值时，及时进行关断驱动电路保护IGBT/SiC器件安全；开关损耗与通态损耗作为模型输入，IGBT/SiC器件的工作状态作为输出，一旦损耗超出正常值，输出工作状态为故障状态，否则为正常状态。

作为优选的技术方案，所述温升预警模型，当传输到所述云处理模块的温度数据超出设定的预警值后，所述云处理模块通过无线模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块发送关断信号，所述IGBT/SiC器件控制电路模块关闭驱动电路用来关断IGBT/SiC器件。

作为优选的技术方案，所述大数据分析包括数据挖掘。

所述开关损耗:Pswitch＝(Eon+Eoff)·fswitch；其中Eon为开通电压的开通功耗；Eoff为关断电源的关断功耗；fswitch为工作频率；

所述通态损耗:Pcond＝Vce·Ic·duty；其中Vce为集电极与发射极间电压；Ic为集电极电流；duty为占空比。

由于采用了上述技术方案，一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置及其检测方法，包括依次传递数据的IGBT/SiC器件控制电路模块、驱动模块与IGBT/SiC器件，还包括相互传递数据的无线模块与云处理模块，所述IGBT/SiC器件控制电路模块与所述无线模块相互传递数据，所述驱动模块为驱动电路，所述云处理模块为云平台服务处理器；还包括IGBT/SiC器件分别向IGBT/SiC器件控制电路模块传递数据的回路电流模块、回路电压模块、温度模块与调频模块，所述回路电流模块包括测量所述IGBT/SiC器件回路电流数据的测电流器，所述回路电压模块包括测量所述IGBT/SiC器件回路电压数据的测电压器，所述温度模块包括测量所述GBT/SiC器件温度数据的温度传感器，所述调频模块包括调频器。

本发明的优点：

通过IGBT/SiC器件损耗自动检测装置可以实时监控IGBT/SiC功率器件工作状态，提升应用系统运行的安全性及可靠性，大大降低系统工作维护成本，避免由于应用系统故障导致的人身事故及财产损；可有效保护硬件电路安全，降低设备故障率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了弥补以上不足，本发明提供了一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置及其检测方法以解决上述背景技术中的问题。

一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置，包括依次传递数据的IGBT/SiC器件控制电路模块、驱动模块与IGBT/SiC器件，还包括相互传递数据的无线模块与云处理模块，所述IGBT/SiC器件控制电路模块与所述无线模块相互传递数据，所述驱动模块为驱动电路，所述云处理模块为云平台服务处理器；还包括IGBT/SiC器件分别向IGBT/SiC器件控制电路模块传递数据的回路电流模块、回路电压模块、温度模块与调频模块，所述回路电流模块包括测量所述IGBT/SiC器件回路电流数据的测电流器，所述回路电压模块包括测量所述IGBT/SiC器件回路电压数据的测电压器，所述温度模块包括测量所述GBT/SiC器件温度数据的温度传感器，所述调频模块包括调频器。

还包括电源系统，所述电源系统向IGBT/SiC器件控制电路模块、驱动模块、IGBT/SiC器件、无线模块与云处理模块提供电力。

所述无线模块采用采用Wifi或GRPS方式。

所述云平台处理器利用无线模块传输来的数据通过大数据分析建立基于云平台的IGBT/SiC器件全周期损耗模型立，所述GBT/SiC器件控制电路模块为GBT/SiC器件控制电路处理器，所述IGBT/SiC器件控制电路模块项所述驱动模块传输信号，所述驱动模块驱动所述IGBT/SiC器件。

本发明还提供了一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置的检测方法，

1)IGBT/SiC器件分别通过回路电流模块、回路电压模块向IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的开通电压的开通功耗、关断电源的关断功耗、集电极与发射极间电压、集电极电流的数据；所述IGBT/SiC器件通过调频模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的IGBT/SiC的工作频率、IGBT/SiC的占空比的数据，所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过获得的数据得到开关损耗与通态损耗；

2)所述GBT/SiC器件通过温度模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的温度数据；

3)所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过无线模块向所述云处理模块传输实时状态的开关损耗与通态损耗数据，所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过无线模块向所述云处理模块传输实时状态的温度数据，所述云处理模块的通过大数据分析与获得的开关损耗、通态损耗数据、温度数据建立IGBT/SiC器件全周期损耗模型，自动检测IGBT/SiC器件耗损与温升，并在检测到所述IGBT/SiC器件异常时通过无线模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块发送关断信号，所述IGBT/SiC器件控制电路模块关闭驱动电路用来关断IGBT/SiC器件。

所述IGBT/SiC器件全周期损耗模型包括损耗预警模型与温升预警模型，所述所述IGBT/SiC器件异常包括所述IGBT/SiC器件损耗状态异常与所述IGBT/SiC器件温升异常。

所述IGBT/SiC器件全周期损耗模型的损耗预警模型通过BP神经网络进行训练，实时预测IGBT/SiC器件的损耗状态，当损耗状态超出正常值时，及时进行关断驱动电路保护IGBT/SiC器件安全；开关损耗与通态损耗作为模型输入，IGBT/SiC器件的工作状态作为输出，一旦损耗超出正常值，输出工作状态为故障状态，否则为正常状态。

所述温升预警模型，当传输到所述云处理模块的温度数据超出设定的预警值后，所述云处理模块通过无线模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块发送关断信号，所述IGBT/SiC器件控制电路模块关闭驱动电路用来关断IGBT/SiC器件。

所述大数据分析包括数据挖掘。

所述开关损耗:Pswitch＝(Eon+Eoff)·fswitch；其中Eon为开通电压的开通功耗；Eoff为关断电源的关断功耗；fswitch为工作频率；

所述通态损耗:Pcond＝Vce·Ic·duty；其中Vce为集电极与发射极间电压；Ic为集电极电流；duty为占空比。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

一种IGBT/SiC器件损耗自动检测装置，包括依次传递数据的IGBT/SiC器件控制电路模块、驱动模块与IGBT/SiC器件，还包括相互传递数据的无线模块与云处理模块，所述IGBT/SiC器件控制电路模块与所述无线模块相互传递数据，所述驱动模块为驱动电路，所述云处理模块为云平台服务处理器；还包括IGBT/SiC器件分别向IGBT/SiC器件控制电路模块传递数据的回路电流模块、回路电压模块、温度模块与调频模块，所述回路电流模块包括测量所述IGBT/SiC器件回路电流数据的测电流器，所述回路电压模块包括测量所述IGBT/SiC器件回路电压数据的测电压器，所述温度模块包括测量所述GBT/SiC器件温度数据的温度传感器，所述调频模块包括调频器。

还包括电源系统，所述电源系统向IGBT/SiC器件控制电路模块、驱动模块、IGBT/SiC器件、无线模块与云处理模块提供电力。

所述无线模块采用采用Wifi或GRPS方式。

所述云平台处理器利用无线模块传输来的数据通过大数据分析建立基于云平台的IGBT/SiC器件全周期损耗模型立，所述GBT/SiC器件控制电路模块为GBT/SiC器件控制电路处理器，所述IGBT/SiC器件控制电路模块项所述驱动模块传输信号，所述驱动模块驱动所述IGBT/SiC器件。

实施例2：

1)IGBT/SiC器件分别通过回路电流模块、回路电压模块向IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的开通电压的开通功耗、关断电源的关断功耗、集电极与发射极间电压、集电极电流的数据；所述IGBT/SiC器件通过调频模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的IGBT/SiC的工作频率、IGBT/SiC的占空比的数据，所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过获得的数据得到开关损耗与通态损耗；

2)所述GBT/SiC器件通过温度模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块传输实时状态的温度数据；

3)所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过无线模块向所述云处理模块传输实时状态的开关损耗与通态损耗数据，所述IGBT/SiC器件控制电路模块通过无线模块向所述云处理模块传输实时状态的温度数据，所述云处理模块的通过大数据分析与获得的开关损耗、通态损耗数据、温度数据建立IGBT/SiC器件全周期损耗模型，自动检测IGBT/SiC器件耗损与温升，并在检测到所述IGBT/SiC器件异常时通过无线模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块发送关断信号，所述IGBT/SiC器件控制电路模块关闭驱动电路用来关断IGBT/SiC器件。

所述IGBT/SiC器件全周期损耗模型包括损耗预警模型与温升预警模型，所述所述IGBT/SiC器件异常包括所述IGBT/SiC器件损耗状态异常与所述IGBT/SiC器件温升异常。

所述IGBT/SiC器件全周期损耗模型的损耗预警模型通过BP神经网络进行训练，实际电路中通过不同时间采样数据实时预测未来1～2秒损耗状态，实时预测IGBT/SiC器件的损耗状态，当损耗状态超出正常值时，及时进行关断驱动电路保护IGBT/SiC器件安全；开关损耗与通态损耗作为模型输入，IGBT/SiC器件的工作状态作为输出，一旦损耗超出正常值，输出工作状态为故障状态，否则为正常状态。

所述温升预警模型，所述IGBT/SiC器件全周期损耗模型的温升预警模型通过BP神经网络进行训练，实际电路中通过不同时间采样数据实时预测未来1～2秒温度数据，当预测温度数据超出设定的预警值后，所述云处理模块通过无线模块向所述IGBT/SiC器件控制电路模块发送关断信号，所述IGBT/SiC器件控制电路模块关闭驱动电路用来关断IGBT/SiC器件。

所述大数据分析包括数据挖掘。

所述开关损耗:Pswitch＝(Eon+Eoff)·fswitch；其中Eon为开通电压的开通功耗；Eoff为关断电源的关断功耗；fswitch为工作频率；

所述通态损耗:Pcond＝Vce·Ic·duty；其中Vce为集电极与发射极间电压；Ic为集电极电流；duty为占空比。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。